一种灵活配置采集执行单元功能的方法和系统与流程

本发明属于继电保护，涉及一种灵活配置采集执行单元功能的方法和系统。

背景技术：

1、随着智能电网技术的不断发展和进步，采集执行单元作为遵循iec61850标准的数字化变电站过程层设备，采集电网的交流电压、电流信号并通过iec61850-9-2的sv报文发送给保护装置，保护装置获得采集执行单元发送过来实时采集到的电压、电流信号，来判别系统是否发生了故障。如系统发生故障(如对地短路故障)保护装置通过iec61850-8-1的goose报文发送给采集执行单元，采集执行单元解析goose报文后控制相应断路器、刀闸的分合操作。采集执行单元作为智能电网的信息收集者和结果的执行者，其地位尤其重要。

2、针对现场的采集执行单元具体设备，用户会根据现场的环境对采集执行单元设备提出各种功能要求，主要分为3种功能装置：

3、1.合并单元，包含母线合并单元和间隔合并单元2种装置，其功能如下：

4、通过装置内部ad采集本间隔交流电压、电流信号；接收母线合并单元的sv报文，获得母线电压信号；接收电子式互感器的ft3报文，获得本间隔的电压、电流信号；将电压、电流信号进行重采样到同一个时间断面的采样值通过sv报文发送；接收智能终端的goose报文，获得断路器和刀闸位置，对于母线合并单元根据断路器和刀闸位置进行电压并列，对于间隔合并单元根据断路器和刀闸位置进行电压切换；时间同步管理；将自己的运行状态通过goose报文发送给其它装置。

5、2.智能终端，其功能如下：

6、采集断路器和刀闸位置信号；接收goose报文，进行断路器和刀闸进行分合控制；将自己的运行状态通过goose报文发送给其它装置。

7、3.合智装置，即合并单元+智能终端：

8、同时具备合并单元和智能终端的功能，用户会根据实际装置的用途进行组合，同时各功能模块需要执行的时间间隔也不相同：ad采集和sv报文发送要求250us，抖动不超过10us；goose报文心跳一般5秒发送一次，如goose状态有变位时要求1ms内发送；断路器和刀闸的采集分辨率要求1ms。

9、由于采集执行单元对时标的准确性要求非常严格，如sv报文，对时精度要求1us、sv发送抖动小于10us，守时精度小于4us/10分钟。由于操作系统的时间片为ms级，因此采集执行单元一般采用无操作系统方式，现在的技术一般根据现场使用的功能分为以下的3种装置：合并单元、智能终端、合智装置，这样需要编写3个不同的程序，3个程序都有许多公共模块，而且有的相互配合，这样维护相当不方便。即使按模块编写也是各模块在那个位置执行固定，不能在现场灵活组合。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种灵活配置采集执行单元功能的方法和系统。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种灵活配置采集执行单元功能的方法，包括以下步骤：

4、步骤1、归纳采集执行单元功能，构建采集执行单元结构，包括系统管理层和功能模块层，其中，系统管理层用于进行数据库的维护，并根据组态的链表执行功能模块层各个功能模块任务，功能模块层的功能模块包括采样模块、逻辑模块和输出模块；

5、步骤2、根据现场的需求，按照mat表定义采集执行单元实际所需要的功能模块结构，得到相应的mat表并对mat表进行备份和校验码设置；

6、步骤3、根据实际工程的情况配置所需要的功能模块，确定功能模块的时间片、优先级和系统管理层所需要的组态链表，其中，组态链表为基于所述mat表的单向链表。

7、优选地，所述系统管理层包括系统配置数据库和实时数据库；

8、其中，系统配置数据库根据采集执行单元装置硬件配置文件cfg和现场scd文件导出的ccd生成，该系统配置数据库包含以下信息：装置应具有的插件型号和个数，各插件在装置内部的槽位序号；现场的各输入信号与各插件输入端子的对应关系；现场的各输出信号与装置输出端子的对应关系；装置输入端子与goose发布或sv发布虚端子的对应关系；goose订阅虚端子与装置输出端子的对应关系；装置输入端子与装置输出端子之间的逻辑关系；

9、实时数据库包括现场采集的数据经过采样模块加工变为熟数据后的数据。

10、优选地，所述采样模块，用于采集现场信息并将其加工转换为其它模块可以直接使用的熟数据后填入到实时数据库中；

11、所述逻辑模块，用于从实时数据库中取出实时数据，经过逻辑运算后，再将逻辑运算的结果填入实时数据库；

12、所述输出模块，用于从实时数据库中获取开出信息，进行断路器、刀闸、闭锁节点控制或交流电压、电流的sv报文发布。

13、优选地，功能模块层各功能模块独立运行，并经过实时数据库进行数据交互，各功能模块采用标准接口函数对系统管理层的实时数据库进行读或写。

14、优选地，步骤2中，mat表的内容包括：使用标志、功能模块名称、版本、创建时间、任务类型、任务序号、模块优先级序号和程序的分配起始地址。

15、优选地，步骤2中，将每一功能模块结构相应的mat表备份3份，每份mat表均设置crc校验码，用来验证mat表是否正确；

16、所述mat表同时采用mmu和ecc进行写保护，同时定时进行crc校验，当发现正在使用的mat表的crc校验出错时，在3份mat表中采取三取二原则，选择一份正确的mat表，同时自动修复crc出错的mat表。

17、优选地，步骤3中，根据实际工程的情况进行时间片的划分，确定功能模块应定义到的具体时间片，实现在裸机运行时，按时间片方式的调度；设置功能模块在其对应时间片的优先级，并结合mat表将每个时间片要执行的任务和功能模块程序按照地址组成单向链表。

18、优选地，所述任务分为中断任务和轮询任务两类，中断任务可以抢占轮询任务，轮询任务间不能相互抢占，只能等正在执行的任务执行完后，才能进行轮询调度到本任务段才能执行。

19、优选地，所述任务的调度流程为：

20、如本任务段满足执行的条件，从本任务段链表取出第1个任务模块程序起始地址，执行第1个模块的程序，第1个模块程序执行完后返回本任务调度程序后，从链表中取出下1个模块的地址，执行下1个模块的程序，直到最后1个优先级的模块执行完毕后，本任务段则执行完毕，返回到系统管理层程序，执行下一个任务段。

21、一种灵活配置采集执行单元功能的系统，包括：

22、系统管理层和功能模块层构建单元，用于归纳采集执行单元功能，构建采集执行单元结构，包括系统管理层和功能模块层，其中系统管理层用于各模块程序地址分配；进行数据库的维护；根据组态的链表执行各个功能模块任务；功能模块层包括采样模块、逻辑模块和输出模块；

23、功能模块结构定义单元，用于根据现场的需求，按照mat表定义采集执行单元实际所需要的功能模块结构，得到相应的mat表并对mat表进行备份和校验码设置；

24、功能模块配置单元，用于根据实际工程的情况配置所需要的功能模块，确定功能模块的时间片、优先级和系统管理层所需要的组态链表，其中，组态链表为基于所述mat表的单向链表。

25、优选地，所述系统管理层还用于监视各功能模块的运行状态，具体监视各功能模块是否长期占有cpu负荷；是否长期没有运行；使用的内存是否超出预定的范围；同时还用于监视整个系统的运行状态，包含：系统是否处于高负荷率的运行状态，一旦发现最大负荷率大于负荷预警值，发出告警并提供各功能模块cpu的负荷占有率；对于读写实时数据库的操作进行监视，一旦出现越界的情况、非法操作的地址、非法的权限、非法的操作方法，发出告警并将操作的功能模块号、时间、告警信息写到日志文件中，以备分析异常原因。

26、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

27、1、本发明将系统管理层和功能模块层分开，这样有利于装置开发、验证、维护：由于采集执行单元对时间要求非常严格，都在裸跑系统下运行，使用一个程序，对于合并单元、智能终端、合智装置，采用3个不同的程序运行，现有技术在同一程序中既有系统调度又具有功能模块，没有系统管理层程序和功能模块层的区分。本发明将系统管理层与功能模块层剥离开来，有利于程序维护，某一个功能模块程序修改不至于整个程序升级和验证，只需要升级和验证修改的模块即可，大大减轻了验证的工作量，同时各个模块之间进行彻底解耦，没有相互联系，他们之间的交互都通过实时数据库进行数据交换，这样各模块可以由组态软件根据实际应用是否需要运行该模块，各模块可以根据实际情况自己编写，同时提高了各模块的安全性，模块功能单一，简化了模块的功能，易于编写和测试、可以作为公共模块，这样可以不断丰富组态的功能模块，有利于提高各模块的可靠性、维护性和易读性，也就是提高装置的可靠性和维护性。

28、2、本发明功能模块之间高度独立，相互之间完全解耦，模块功能单一，有利于模块的编写，验证和维护，提高了装置的可靠性。

29、3、本发明可以统计每种任务类型负荷率，当最大负荷率大于负荷预警值时，系统管理层会发出告警信息，有这功能后，可以有利于保证系统的稳定运行。

30、4、本发明基于mat表定义功能模块结构，具有如下特点：

31、各模块具有各自版本和创建时间，可以细化到各模块单独管理和升级；

32、各模块mat表包含了任务类型和执行顺序，同时mat表含有该模块存放的地址，根据这三个信息，系统管理层可以生成各任务类型的执行链表；

33、升级和维护方便如要替换某个模块，只要修改mat表，将旧版本的“使用标志”删除，添加模块到mat表即可。

34、5、功能模块的mat表保护措施：由于mat表对于本发明非常重要，mat保存3份完全相同的备份，同时采用cpu本身具有中mmu和ecc的功能进性写保护，同时定时进行crc校验。一旦发现某个mat的crc出错，采取三取二原则，选取一个mat作为运行的mat表，同时自动修复错误的mat表，这样大大提高了系统的可靠性。

35、6、程序执行顺序：一般程序调度，按照程序事先编好的模式，根据功能投退标志进行遍历执行，本发明系统管理程序mat表，生成执行链表，各任务类型按照自己本身的链表按顺序执行，这样大大提高了执行的灵活性，提高了执行效率。